(57)【要約】      （修正有）【課題】コリオリの力を並行使用することで、補助動力を搭載せずに坂道の登り走行や加速走行をペダル踏み込みにより走破することを可能とする特徴を備えた自転車の増力機構を提供する。【解決手段】ハブの内部に液槽を設け、この液槽に貯蔵される液体をホンプで循環させる。ポンプにより吸い上げた液体を別置の回転円板に設けた流路に与える。流路は回転円板中心もしくはその近傍から外周に向けて走る。液体は回転円板の中心もしくはその近傍から外周に向けて流れ、液槽に還流する。ペダルの踏み込みによりハブが回転すると、これに摩擦的に連動する回転円板は発生するコリオリの力により反対の向きに回転する。回転円板とハブとの間に回転連動要素を介在させて、回転円板の回転の向きをハブの回転の向きに一致させる。その結果回転円板のトルクがハブの回転トルクに加勢する。【選択図】図１
0003119278.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一回転軸を中心として回転運動する円板に持続可能な駆動トルクを発生し得る駆動トルク発生機構であって、自転車後輪のハブ軸を中心として回転運動する回転円板、この回転円板の一面もしくは両面に回転中心から放射状に設けられる任意本数の液体流路、この流路に液体を供給するポンプ機構、ハブ軸に対して回転自在に装着される一対のハブ従動体、前記回転円板に連動する円筒体、およびハブ従動体と円筒体との間に介挿されて円筒体の回転に連動し、前記ハブ従動体に伝動する伝動回転体とから構成されることを特徴とする自転車の増力機構。
【請求項２】
請求項１記載の増力機構において、液体を供給するポンプ機構はハブ軸に同心に固定される円板、同円板外周に巻かれる弾性チューブ、同弾性チューブを押圧する突起を設けたハブ従動体とからなることを特徴とする自転車の増力機構。
【請求項３】
請求項２記載のポンプ機構において、弾性チューブの巻かれた円板はハブ軸に滑合し、ハブ従動体との機械的連動によってハブ従動体の回転とは反対の向きに回転するように構成したことを特徴とする自転車の増力機構。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この考案は、自転車が坂道を登るときや加速するときに遭遇する走行抵抗を克服し、それによって自転車の快適な走行を維持し得るように、機械的および流体的手段により自転車を駆動する力を増大する増力機構に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の自転車は、走行抵抗の変化に応じた駆動力を得るために、変速機によって歯車比を選択する機構を備えているが、その選択幅に限界があるために、走行抵抗の変化する範囲全体にわたって変速機が対応することは不可能である。したがって走行抵抗の大きなばあいは、踏力を増したりペダリングピッチを落としたりする対応に迫られて、乗り手のペダリングリズムを乱して疲労を招くばかりでなく、駆動力不足のため走行不能で下車を余儀なくされるばあいがある。
【非特許文献１】自転車産業振興協会編：自転車実用便覧第五版、平成５年８月改訂
【非特許文献２】渡辺茂著、ごま書房刊：自転車の科学、昭和４９年４月初版
【非特許文献３】服部四士主著、講談社刊：自転車の科学、昭和５７年６月発行
【特許文献１】登録実用新案公報：第３０８６３４０号
【特許文献２】出願特許：特願２００４−１８４２８１
【特許文献３】出願特許：特願２００５−３１００１
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】自転車が平坦な路面を走行するばあいは、軽いペダル踏力により一定のペダリングピッチでの快適な走行が可能であるが、急な坂道の登り走行や加速走行では必要とするペダル踏力が大き過ぎて、従来の変速機のみの駆動手段では対処し得ない。なおこの事態を克服するために電動機による補助動力装置の搭載使用が提案され、実用に供せられて利便性の向に寄与している。しかしながら電動機自身とそれに組み合わされる電池とを合わせた重量が大きいために、これらを搭載した自転車の手押しに困難を伴い、さらに電池の一回当たりの充電可能量に限界があって一度の充電での走行可能距離が限られる。ゆえに頻繁な充電作業を要するのみならず電池の劣化が進んで定期的な代替えが求められる。したがって自転車の補助動力装置の重量を軽減して自転車の手押しを容易にすると共に、出力／重量の比率を増大して単位重量当たりの出力を向上し、さらに連続して供給可能なエネルギー量／重量の比率を増大して単位重量当たりのエネルギー供給可能量の向上を実現するための不断の努力が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】この考案はこのような課題に着目し、自転車後輪のハブにコリオリの力を利用する増力機構を一体に形成し、ペダルの踏み込みによる通常のハブ回転駆動と共に継続的に発生するコリオリの力を並行使用することで、坂道の登り走行や加速走行をペダル踏み込みにより走破することを可能とする。この考案は、このような特徴を備えた自転車の増力機構の提供を目的とする。【０００５】この考案の目的は、以下に説明する特徴をもつ増力機構を自転車の後輪に設けることにより達成される。すなわちハブの内部に液槽を設け、この液槽に貯蔵される液体をホンプで循環させる。ポンプにより吸い上げた液体を別置の回転円板に設けた流路に与える。流路は回転円板中心もしくはその近傍から外周に向けて走る。液体は回転円板の中心もしくはその近傍から外周に向けて流れ、液槽に還流する。ペダルの踏み込みによりハブが回転すると、これに摩擦的に連動する回転円板は発生するコリオリの力により反対の向きに回転する。回転円板とハブとの間に回転連動要素を介在させて、回転円板の回転の向きをハブの回転の向きに一致させる。その結果回転円板のトルクがハブの回転トルクに加勢する。
【考案の効果】
【０００６】この考案によれば、自転車の走行により回転円板に自動的に発生するコリオリの力を利用する構成なので、補助動力源を搭載する必要はなく、従来にみられない簡便性、経済性、および高性能が得られるという特徴がある。また自転車の走行中に継続的に増力できるので、通常の自転車走行と同様の感覚で自転車の利用ができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００７】この増力機構の中枢をなす回転円板に複数の放射流路を設け、一流路に流れる液体の質量をｍ、回転円板の回転速度をωと置き、放射流路の本数をｎとすれば、回転円板の中心から放射流路の任意の距離ｒにある放射流路上での任意の質量流量に関する角運動量Ｌについて、ｄＬ＝ｄ（ｎｍωｒ２）と表すことができる。液体の密度をρ、放射流路の断面積をＡと置けば、ｄＬ＝ｎ（ρＡ・ｄｒ）ωｒ２と変形できるから、回転円板の回転によりその回転軸心に発生するトルクＴは、次のように表現される。すなわち、
0003119278.tif 000003
ここに、Ｒは回転円板上の放射流路の長さである。いま、液流の流速をＶとおけば、Ｖ＝ｄｒ／ｄｔであるから、次式が導かれる。
0003119278.tif 000004
このトルクがスプロケットを介して直接ハブを回転するトルクに重ね合わされる。
【実施例】
【０００８】この考案の実施例を説明する。ハブ装置１０は、ハブ軸１１に鋼球１３を介して回転自在に装着される一対のハブ従動体１２と１４、両従動体１２、１４にはさまれるようにハブ軸１１にはめ合う円筒体２８、円筒体２８とハブ従動体１２と１４それぞれとの間に三個の伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなる伝動体１６と１８、および貯液槽２２を構成する。貯液槽２２には複数枚の回転円板２４（図示のばあい４枚）が組み込まれ、各回転円板に複数本の放射流路２６（図示のばあいは８本）が装着される。放射流路２６は貯液槽２２の導入口２３から円筒体２８の通路を通ってハブ軸１１に設けられた通路２５に連なり、それからハブ軸１１の流路を経由して、ハブ従動体１２、１４それぞれに内装され、ハブ軸１１に固着される固定輪体２５、２７の流入路１５に連通し、その外周に巻かれる弾性チューブ２９に連結する。ハブ従動体１２と１４の内壁に突起３０を設けて、直下の弾性チューブ２９を押圧する。ハブ従動体１２、１４が回転すると押圧する位置が逐次前進し、それにより押圧位置前方の弾性チューブ２９内の液体を先方に押し、押圧位置後方の弾性チューブ２９内の液体を吸引する。この押圧と吸引が継続してポンプ作用が行われる。弾性チューブ２９に連通する流出路１７は、ハブ軸１１と円筒体２８の流路を経由して貯液槽２２に連結する。【０００９】図に示すように、自転車のペダルの踏み込みによりハブ従動体１２と１４が所定の向きに回転すると、ハブ従動体に回転軸をかん合している三個の伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなる伝動体１６と１８と、ハブ従動体にしまりばめしている円筒体２８とが一体に同じ向きに回転する。それにより、ハブ従動体１２と１４の内壁の突起３０が弾性チューブ２９を押圧してポンプ作用が生起する。また円筒体２８に滑合する貯液槽２２と回転円板２４も同時に同じ向きに回転しようとするが、放射流路２６に生成されるコリオリの力によって反対の向きに回転する。これにより貯液槽２２も反対の向きに回転し、その中心寄りで摩擦的に接触する伝動子１６ａ，１６ｂ，１６ｃに回転が伝達される。伝動体１６、１８の回転の向きは反対であり、この回転が摩擦的に接触するハブ従動体１２、１４にその回転と同じ向きの回転を重ねる。この動作はペダルの踏み込みが続くかぎり継続する。【００１０】つぎにこの考案の性能を説明する。式（１）について次のとおり数値を選定する。図示のように、放射流路本数ｎ＝３２（８本／回転円板１枚、枚数＝４）とし、液体を水とすれば、その密度ρ＝１×１０３ｋｇ／ｍ３、放射流路の径を３ｍｍとすれば、水の通過する断面積Ａは放射流路の本数３２本を合計してＡ≒７×１０−６ｍ２、回転円板２４の回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）≒０．１Ｎ（ｒｐｍ）であるから、式（１）は次のように導かれる。
Ｔ＝２．２４・Ｎ（ｒｐｍ）Ｖ（ｍ／ｓ）Ｒ２（ｍ）  …  …  …  …  …  …  …（２）
後輪の走行抵抗は通常走行で１０（Ｎ）であり、乗員と自転車の合計重量を７４０（Ｎ）と仮定すれば、３°勾配の坂道を登るばあいの走行抵抗は、７４０（Ｎ）・ｓｉｎ３°≒３９（Ｎ）であるから通常走行分をこれから差し引いた２９（Ｎ）の増力が必要となる。車輪の半径を３２ｃｍとすれば、増力機構の所要トルクはＴ＝２９（Ｎ）×０．３２（ｍ）≒９．３（Ｎ・ｍ）である。放射流路２６の長さを性能と収容空間とを考慮して１５ｃｍとし、これらの数値を式（２）に代入すれば、次の関係が得られる。
Ｎ（ｒｐｍ）Ｖ（ｍ／ｓ）＝１８４  …  …  …  …  …  …  …  …  …  …  （３）
固定輪体２５，２７に巻かれた弾性チューブ２９の直径ｄを２６ｍｍとすれば、Ｖ（ｍ／ｓ）＝πｄ（ｍ）〔０．１Ｎ（ｒｐｍ）〕＝８．１６×１０−３Ｎ（ｒｐｍ）が得られるから、これを式（３）に代入してＮ２＝２２５００が導かれ、Ｎ＝１５０（ｒｐｍ）を得る。すなわちこの回転数で３°勾配の坂道が登れるということである。自転車の通常走行の速さは１０〜２０ｋｍ／ｈｒ＝２．８〜５．６ｍ／ｓであることが知られており、前記したように車輪の半径を３２ｃｍとすれば後輪の対応する回転速さは８４〜１６８ｒｐｍとなる。３°勾配を登る適正回転数Ｎ＝１５０（ｒｐｍ）はこの範囲内にある。【００１１】つぎにポンプ機構の別態様の構成について説明する。図５に示すように、回転輪体２７’がハブ軸１１に回転自在にはめ合い、一方で駆動具３２に機械的に接触する。駆動具３２は円板形状で、駆動具３２およびハブ従動体１２もしくは１４とかみ合い、もしくは摩擦接触により機械的に連動する。駆動具３２はその中心軸がハブ軸に固定された支持具３１に固定支持され、三組が同一円周上に均等配置される。図５により説明すれば、ハブ従動体１４が回転すると駆動具３２を介して回転輪体２７’がハブ従動体１４と反対の向きに回転する。ゆえに弾性チューブ上を移動する速さは回転輪体２７’が固定輪体２７のばあいの２倍になり、結果として増力機構のトルク創成能力が倍増する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】後輪のハブ装置を説明するハブ軸に沿った断面図。
【図２】貯液槽を説明する図１のＡ−Ａ線横断面図。
【図３】増力機構からの伝動系統を説明する図１のＢ−Ｂ線横断面図。
【図４】ポンプ機構の構成を説明する図１のＣ−Ｃ線横断面図。
【図５】ポンプ機構の別態様の構成を説明するハブ軸に沿った断面拡大図。
【符号の説明】
【００１３】１１  ハブ軸
１２、１４  ハブ従動体
１６、１８  伝動体
２２  貯液槽
２３  導入口
２４  円筒体
２６  放射流路
２５、２７  固定輪体
２７’  回動輪体
２９  弾性チューブ
３０  突起
３１  支持具
３２  駆動具
【図１】
0003119278.tif 000005
【図２】
0003119278.tif 000006
【図３】
0003119278.tif 000007
【図４】
0003119278.tif 000008
【図５】
0003119278.tif 000009